淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-2808200614014800
中文論文名稱 輪型行動機器人之機構設計與避障規劃
英文論文名稱 Implementation and Obstacle Avoidance Path Planning of a Wheeled Mobile Robot
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 陳永和
研究生英文姓名 Yung-Ho Chen
學號 693342692
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-07-27
論文頁數 87頁
口試委員 指導教授-楊智旭
委員-黃志良
委員-翁慶昌
中文關鍵字 機器人  機器視覺系統  無線控制技術  類神經網路 
英文關鍵字 Robot  Machine Vision System  Remote Control Technology  Artificial Neural Network (ANN) 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文之目的是當發生工安災害事件時,在救難人員尚未到達或無法進入危害現場時,讓輪型機器人先進入災害現場,並且利用機械視覺系統,將危害現場畫面傳給遠端監控系統,讓安全人員可以透過電腦螢幕知道災害現場的實際情形,以供後續救災參考。機器視覺系統是由彩色CCD攝影畫面,再利用無線影像傳接器傳送畫面至影像擷取卡,將影像由VB程式顯示於遠端監控電腦,並經由所設計的程式,即時做影像辨識,辨別緊急開關位置,並立即驅近開關之位置,做初步處置,例如切斷電源。機器人以四輪自走車為主體,使用兩顆直流伺服馬達來帶動前進、後退、左右轉彎,同時配合驅動器與控制器,由無線數據機自遠端主控電腦送指令給控制器,經由教導式程式或使用類神經網路決策系統讓輪型機器人進入災害環境探索,以便進行後續救災行動。
英文摘要 The objective of this thesis is to develop a wheeled mobile robot. The robot will be assigned to go into the dangerous environment to investigate the damage before rescuer. It will pass the damaged information to the central computer in time. First of all, the wheeled mobile robot is controlled by the remote technology from the central computer. When the dangerous event happens accidentally, it will reach the dangerous place exactly based on the guided path. The sensor and machine vision system of this robot will pass the damaged information to the central computer and people on duty in order to make a suitable rescue plan.
In the research, the path learning of the mobile robot, the remote control technology, sensing and programming, and the electro-mechanical system are developed and integrated together. The robot can using artificial neural network decision system dodges barriers and explores in the dangerous environment. Finally, the wheeled mobile robot will be implemented by experiments to confirm the design purpose.
論文目次 目錄 I
符號表 IV
圖表目錄 VI
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 目的 2
1-3 相關研究 4
第二章 基礎理論 9
2-1 數位影像處理 9
2-2 RS232串列通訊介面 12
2-3 類神經網路 14
2-3-1 簡介 14
2-3-2 類神經網路架構 16
2-3-3 處理單元 17
2-3-4 層 22
2-3-5 網路 23
2-3-6 學習規則 25
2-3-7 倒傳遞演算法則 25
第三章 系統架構與硬體規劃 30
3-1 系統架構 30
3-2 運動結構系統 31
3-3 動力系統 32
3-4 機器視覺系統 37
3-5 2.4GHZ無線數據機 40
3-6 感測器與機器手臂 42
第四章 實驗驗證與結果討論 46
4-1遠端電腦VISUAL BASIC介面 46
4-2實驗環境 47
4-3 教導式運動方式 49
4-4 類神經決策系統 54
4-4-1學習過程 54
4-4-2 回想過程 62
4-5 按鈕趨近 67
第五章 結論與討論 75
5-1 結論 75
5-2 討論 76
參考文獻 78
附錄一 83

圖1-1 機器人示意圖 8
圖2-1 數位影像座標定義方式 10
圖2-2 全彩RGB彩色模型 11
圖2-3 通訊模式示意圖 12
圖2-4 倒傳遞類神經網路結構圖 15
圖2-5 處理單元的作用 17
圖2-6 硬限制函數 19
圖2-7 區域線性函數 20
圖2-8 s-字型函數 21
圖2-9 高斯函數 21
圖2-10 正規化輸出 22
圖2-11 競爭化輸出 22
圖2-12 競爭化學習 23
圖3-2 功能摸組架構圖 31
圖3-3 底盤四輪機構裝配位置 32
圖3-4 直流伺服馬達 33
圖3-5 時規皮帶與時規齒輪 34
圖3-6 雙軸驅動器 35
圖3-7 步進伺服控制器 35
圖3-8 步進伺服控制器I/O板 36
圖3-9 感測器腳位的接線位置圖 37
圖3-10 高解析彩色CCD 38
圖3-11 2.4GHZ無線圖像影音傳送器 39
圖3-12 Meteor II影像擷取卡 40
圖3-13 SST-2450 2.4GHz無線數據機 42
圖3-14 煙霧感測器 43
圖3-15 距離感測器配置圖 43
圖3-16 紅外線距離感測器 44
圖3-17 四連桿機構 45
圖3-18 四連桿機構示意圖 45
圖4-1 遠端電腦Visual Basic介面 47
圖4-2 範例一示意圖 50
圖4-3 實驗室路徑規劃圖 51
圖4-5 實驗類神經網路架構圖 55
圖4-6 創建類神經網路的視窗 57
圖4-7 網路架構圖 58
圖4-8 網路初始Weights視窗 58
圖4-9 網路Training Info視窗畫面 59
圖4-10 網路Training Parameters視窗畫面 60
圖4-11 網路訓練過程畫面 61
圖4-12 網路Training Info視窗畫面 62
圖4-13 測試環境示意圖 63
圖4-14 類神經決策實驗照片 66
圖4-15 畫面均分5等份示意圖 68
圖4-16 紅色按鈕趨近流程圖 68
圖4-17 紅色按鈕趨近實驗示意圖 69
圖4-18 紅色按鈕趨近Visual Basic介面之一 70
圖4-19 紅色按鈕趨近Visual Basic介面之二 71
圖4-20 紅色按鈕趨近實驗結果說明圖 73
圖4-21 紅色按鈕趨近實驗照片 74
圖A1 SWORD履帶機器人外觀圖 83
圖A2 Enryu T-52機器人外觀圖 84
圖A3 工程人員正在進行遠端操作 84
圖A4 居家保全機器人外觀圖(成功大學李祖聖) 85
圖A5 居家保全機器人的系統架構圖(成功大學李祖聖) 85
圖A6 韓國Hubo人型機器人 86
圖A7 日本掃雷機器人 86
圖A9 馬達特性圖 87
表2-1 腳位定義 13
表4-1 前進100 SC單位實驗數據 48
表4-2 前進200 SC單位實驗數據 48
表4-3 前進500 SC單位實驗數據 48
表4-4 輸入矩陣 55
表4-5 目標矩陣 56
參考文獻 [1] Lung-Wen Tsai, Robot Analysis, A Wiley-Interscience Publication,1999.
[2] 美國國家航空暨太空總署(NASA),太空探險新利器蜘蛛機器人問世,中央日報第五版(法新社/華盛頓訊),民國91年12月20日。
[3] 黃緒哲,基本機器人學,徐氏基金會,民國77年3月。
[4] http://www.eric.org.tw/News_/NewsDetail.aspx?showType=news&newsID=403
[5] http://tv.ettoday.com/2005/01/27/329-1746946.htm
[6] http://www.foster-miller.com
[7] http://www.enryu.jp/index.html
[8] 葉英傑,居家保全機器人之即時影像處理技術之設計與實現,國立成功大學電機工程學系碩士論文,民國92年。
[9] 陳正中,居家保全機器人之防災與運動控制系統之設計與研製,國立成功大學電機工程學系碩士論文,民國91年。
[10] 沈伸鴻,遠端行動式保全系統之研發應用於多重感測保全機器人,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國90年。
[11] 周明豐,DSP主控之機器足球員設計,淡江大學電機工程學系控制晶片與系統組碩士班碩士論文,民國90年。
[12] 黃雋博,小型機器人足球系統之即時影像處理,淡江大學電機工程學系控制晶片與系統組碩士班碩士論文,民國92年。
[13] 王侯禕,足球機器人之移動模糊控制器的設計,淡江大學電機工程學系控制晶片與系統組碩士班碩士論文,民國93年。
[14] 鄒宗穎,小型足球機器人系統影像處理、運動命令產生、與機構設計之研究,淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文,民國93年。
[15] S. Elgazzar and T. Welch,“Active Infrared Sensors for Mobile Robot,”IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 43, no. 2, April 1994, pp. 283-287.
[16] Elmer P. Dadios and Odon A. Maravillas Jr.,“Cooperative Mobile Robots with Obstacle and Collision Avoidance Using Fuzzy Logic,”IEEE Intemational Symposium on Intelligent Control, 2002, pp. 75-80.
[17] J. J. Leonard, H. F. Durrant-Whyte, and I. J. Cox,“Dynamic Map Building for an Autonomous Mobile Robot,”Int. J. Robot. Res.. vol. 11, no. 4, Aug. 1992. pp. 286-298.
[18] J. Borenstein and Y. Koren,“Real-Time Obstacle Avoidance for Fast Mobile Robots,”IEEE Trans., vol. 19, 1989. pp. 1179-1187.
[19] 繆紹剛,數位影像處理,普林斯頓,2004年10月 初版二刷。
[20] 陳翔傑,自動化車牌辨識系統設計,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國94年。
[21] J. Bruce, T. Balch, and M. Veloso, “Fast and Inexpensive Color Image Segmentation for Interactive Robots,” IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2000, pp. 2061-66.
[22] 范逸之、陳立元、孫德萱、程正孚,Visual Basic與串並列通訊控制實務,文魁資訊股份有限公司,2002年5月。
[23] 范逸之,Visual Basic 與分散式監控系統-使用RS-232/486串列通訊,文魁資訊股份有限公司,2001年06月初版1刷。
[24] 范逸之、陳立元,Visual Basic 與RS-232串列通訊控制最新版,文魁資訊股份有限公司,2001年08月初版1刷。
[25] Fausett L., Fundamentals of Neural Networks, Prentice-Hall, 1994.
[26] Gurney K., An Introduction to Neural Networks, UCL Press, 1997.
[27] Haykin S., Neural Networks, 2nd Edition, Prentice Hall, 1999.
[28] 蘇木春、張孝德,機器學習:類神經網路、模糊系統以及基因演算法則,全華科技圖書股份有限公司,民國91年3月。
[29] 葉怡成,類神經網路模式應用與實作,儒林圖書有限公司,民國93年9月。
[30] 王進德、蕭大全,類神經網路與模糊控制理論入門,全華科技圖書股份有限公司,民國92年9月。
[31] 陳伯儒,撞球機器人之類神經模糊補償器設計,淡江大學機械與機電工程學研究所碩士論文,民國92年6月。
[32] 劉安特,用模組式類神經網路實現自主視知覺,國立台灣大學電機工程研究所碩士論文,民國93年。
[33] S. Slams and Jean-Luc Gaudiot,“Implementing Regularly Structured Neural Networks on the DREAM Machine,”IEEE Transactions on Neural Networks, vol. 6, no. 2, March 1995, pp. 407-421.
[34] Yutaka Maeda and Masatoshi Wakamura,“Simultaneous Perturbation Learning Rule for Recurrent Neural Networks and Its FPGA Implementation,”IEEE Transactions on Neural Networks, vol. 16, no. 6, November 2005, pp. 1664-1672.
[35] 陳天青,機電整合,高立圖書有限公司,2003年3月出版二刷。
[36] 曹永偉,感測器技術入門,全華科技圖書股份有限公司,民國九十年十二月初版。
[37] 顏鴻森,機構學,東華書局,民國88年3月。
[38] 黃世陽、吳明哲,VISUAL BASIC 6.0學習範本,松崗電腦圖書資料股份有限公司,2000年8月。
[39] 趙克力,Visual Basic 6.0 學習手冊,眳p資訊股份有限公司,2000年06月初版六刷。
[40] Howard Demuth, Neural Network Toolbox User’s Guide, Mark Beale, 1992.
[41] 羅華強,類神經網路-MATLAB的應用,高立圖書有限公司,民國94年7月20日二版發行。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2007-08-30公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2007-08-30起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信